Los científicos descubren cómo respiran las plantas y cómo los humanos dan forma a sus "pulmones"

Los expertos revelan cómo las plantas proporcionan un flujo constante de aire a cada célula. Un estudio muestra que los humanos han cultivado plantas de trigo para tener menos poros en sus hojas y usar menos agua. Los hallazgos allanan el camino para desarrollar cultivos más resistentes a la sequía.

Así es, los científicos han descubierto cómo las plantas crean redes de canales de aire, los pulmones de la hoja, para transportar el dióxido de carbono (CO2) a sus células. Los botánicos han sabido desde el siglo XIX que las hojas tienen poros (llamados estomas) y contienen una intrincada red interna de canales de aire. Pero hasta ahora no se entendía cómo se forman esos canales en los lugares correctos para proporcionar un flujo constante de CO2 a cada célula vegetal.

El nuevo estudio, dirigido por científicos del Instituto de Alimentos Sustentables de la Universidad de Sheffield y publicado en Nature Communications, utilizó técnicas de manipulación genética para revelar que cuanto más estomas tiene una hoja, más espacio aéreo se forma. Los canales actúan como bronquiolos, los diminutos pasajes que llevan el aire a las superficies de intercambio de los pulmones humanos y animales.

En colaboración con colegas de la Universidad de Nottingham y la Universidad de Lancaster, demostraron que el movimiento de CO2 a través de los poros probablemente determina la forma y la escala de la red de canales de aire.

El descubrimiento marca un gran avance en nuestra comprensión de la estructura interna de una hoja, y cómo la función de los tejidos puede influir en la forma en que se desarrollan, lo que podría tener ramificaciones más allá de la biología vegetal, en campos como la biología evolutiva.

El estudio también muestra que las plantas de trigo han sido cultivadas por generaciones para tener menos poros en sus hojas y menos canales de aire, lo que hace que sus hojas sean más densas y les permita crecer con menos agua.

Esta nueva perspectiva destaca el potencial de los científicos para hacer que los cultivos básicos como el trigo sean aún más eficientes en el uso de agua al alterar la estructura interna de sus hojas. Este enfoque está siendo iniciado por otros científicos en el Instituto de Alimentos Sostenibles, que han desarrollado arroz y trigo listos para el clima que pueden sobrevivir a condiciones extremas de sequía.

El profesor Andrew Fleming, del Instituto de Alimentación Sostenible de la Universidad de Sheffield, dijo: "Hasta ahora, la forma en que las plantas forman sus intrincados patrones de canales de aire ha sido sorprendentemente misteriosa para los científicos de plantas. Este gran descubrimiento muestra que el movimiento del aire a través de las hojas configura su funcionamiento interno, lo que tiene implicaciones para la forma en que pensamos acerca de la evolución en las plantas. [...] El hecho de que los humanos ya hayan influido inadvertidamente en la forma en que las plantas respiran al cultivar trigo que utiliza menos agua sugiere que podríamos apuntar a estas redes de canales de aire para desarrollar cultivos que puedan sobrevivir a las sequías más extremas que esperamos ver con la degradación del clima".

La Dra. Marjorie Lundgren, miembro de Leverhulme Early Career en la Universidad de Lancaster, dijo: "Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que el desarrollo de los estomas y el desarrollo de espacios aéreos dentro de una hoja están coordinados. Sin embargo, no estábamos muy seguros de cuál era el motivo. otro. Así que esto comenzó como un '¿qué fue primero, la gallina o el huevo?' pregunta.

"Usando un conjunto inteligente de experimentos con análisis de imágenes de rayos X, nuestro equipo colaborador respondió a estas preguntas utilizando especies con estructuras foliares muy diferentes. Si bien mostramos que el desarrollo de estomas inicia la expansión de los espacios aéreos, lo llevamos un paso más allá Para mostrar que los estomas realmente necesitan intercambiar gases para que los espacios aéreos se expandan. Esto representa una historia mucho más interesante, relacionada con la fisiología".

El trabajo de imágenes de rayos X se llevó a cabo en las instalaciones de Hounsfield en la Universidad de Nottingham. El director de la instalación, el profesor Sacha Mooney, dijo: "Hasta hace poco, la aplicación de la tomografía computarizada de rayos X o la exploración por TAC en las ciencias de las plantas se ha centrado principalmente en visualizar la mitad oculta de la planta, las raíces, ya que crecer en el suelo.

"Trabajando con nuestros socios en Sheffield, ahora hemos desarrollado la técnica para visualizar la estructura celular de una hoja de una planta en 3D, lo que nos permite ver cómo la compleja red de espacios de aire dentro de la hoja controla su comportamiento. Es muy emocionante".

El Instituto de Alimentos Sostenibles de la Universidad de Sheffield reúne a expertos multidisciplinarios e instalaciones de investigación de clase mundial para ayudar a lograr la seguridad alimentaria y proteger los recursos naturales de los que todos dependemos.   @mundiario